非饱和土力学讲义

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1、非饱和土力学同济大学地下建筑与工程系2008年9月206第一章绪论（叶）一、非饱和土的四相性二、岩土工程中的非饱和土问题三、非饱和土力学发展状况四、本书主要内容第二章非饱和土中吸力（王、叶）一、吸力的定义二、虹吸现象与基质吸力三、吸力的作用特点与传递机理四、水和粘性土之间的物理和化学作用第三章吸力的量测与控制（万、叶）一、湿度计法二、张力板和张力计法三、新热传导探头四、时域反射计五、电容式吸力仪六、粒基传感器七、轴平移技术八、渗析法九、滤纸法十、水汽平衡法控制技术十一、其它方法第四章非饱和土的应力状态变量（张、叶）一、饱和土中的有效应力的概念

2、二、已提出的非饱和土有效应力公式三、零位试验与非饱和土的双变量理论四、单变量理论与双变量理论的区别与联系第五章非饱和土中水的滞留特性（万、陈）206一、土水特征曲线二、影响土水特征曲线的因素三、体积变化与土水特征曲线的表达四、确定土水特征曲线方法五、由颗分曲线预测土水特征曲线的原理与方法六、土水特征曲线的数学模型七、应用第六章非饱和土的渗透性（万、陈）一、非饱和土中水的运动二、非饱和土中气的运动三、非饱和土渗透性的量测第七章非饱和土的强度理论（张、陈）一、破坏准则二、饱和土的抗剪强度三、非饱和土的抗剪强度第八章非饱和土的变形理论（王、陈）一、

3、非饱和土应力应变干特性二、弹性理论三、非线性模型四、损伤力学模型五、广义吸力模型六、弹塑性理论七、非饱和土的固结理论第九章非饱和土试验技术方法（张、陈）一、零位试验二、土水特征曲线试验三、渗透试验四、固结试验五、直剪试验206六、三轴剪切试验第十章非饱和土力学的工程应用（all）一、非饱和土土压力计算公式二、非饱和土地基承载力公式三、非饱和土边坡稳定性分析四、隆起位移分析10.1边坡工程（）10.2基坑工程10.3路堤工程10.4垃圾填埋10.5气体渗漏、压气沉箱10．6管幕箱涵其它工程应用第一章绪论一、非饱和土的四相性二、岩土工程中的非饱和

4、土问题三、非饱和土力学发展状况四、本书主要内容非饱和土分布十分广泛，与工程实践紧密相关206的地表土几乎都是非饱和土。干旱与半干旱地区，由于蒸发量大于降水量，地下水位较深，这些地区的表层土是严格意义上的非饱和土；土坝、铁路和公路路基填土，机场跑道的压实填土都是处于非饱和状态，亦即非饱和土；即使是港口平台、管道等离岸工程中所遇到的土，往往是含生物气的海相沉积土，其孔隙中含有以大气泡（气泡直径远大于土粒直径）形式存在于孔隙中的生物气；另外，在地下水面附近的饱和土体，其孔隙水中溶解了部分以小气泡（气泡直径与土粒粒径相当）形式存在于孔隙中的气体，土体

5、卸载以后（取样或开挖等），溶解于孔隙水中的气体逸出，以气泡形式存在于孔隙水中，这两种含气泡的土也应属于非饱和土。可见，非饱和土才是工程实践中经常遇到的土，饱和土是非饱和土的特例，真正意义上的饱和土在工程实践中很少见到。土力学发展至今，已形成了一套完善、独立的理论体系。然而，迄今为止的土力学主要是把其研究对象——土，视为两相体，即认为土是由土粒和孔隙水组成。严格地讲，这只能称之为饱和土力学。实际上，工程上遇到的土多是以固(土粒)、气（孔隙气)与液（孔隙水）等三相状态存在，甚至有人认为土中水一气结合面上还存在第4相一水气结合膜。只是由于土中，固、

6、液相以外相的出现，使得土体性质复杂、性状多变。经典的饱和土力学原理，已无法完全解释与描述土的实际性状。另一方面，将土作为饱和土对大多数工程来讲是一种合理的简化，但是，随着研究的逐渐深入，人们已经注意到，对于某些特殊区域或特殊性质的土，这种简化将造成研究理论的失误。例如，由于饱和度对膨胀土等非饱和土的强度与变形性能影响明显，在膨胀土地基基础的设计中，如果单纯按照膨胀土的某一状态进行强度设计，则有可能将强度参数估计过高，不安全；过低又将造成浪费。因此，合理地提出膨胀土在不同含水量状态下的强度参数是工程建设的客观需要。这些问题往往是饱和土力学难以解

7、决的。非饱和土的研究始于20世纪30年代，当时由于水利和交通工程的大规模兴建，出现了许多地下水位以上的水体流动问题。倒如，低于防渗心墙墙顶的地下水由于毛细管作用向上越过心墙所形成的渗流问题；地基中的负孔隙水压问题等。这些问题促使人们对非饱和土课题进行研究；在随后的近20年中，非饱和土的研究多局限于毛细水的流动问题，主要是由于土在三相状态下的强度、变形等参数的量测十分复杂，相关理论研究进展较为缓慢。综上所述，实际工程中大量存在着非饱和土的课题。以往由于研究手段的限制，研究工作进展缓慢。近年来，由于人们的重视，情况大有改善。一、非饱和土的四相性一

8、般说来，根据饱和度和饱和介质，土可分为四类：①两相饱和土：包括土颗粒和充满所有孔隙的水；②三相饱和土：包括土颗粒、水和以封闭气泡形式存在的空气；③三相非饱和土：包括